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Kryochirurgische Einrichtung
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Die Erfindung betrifft eine kryochirurgische Einrichtung mit geschlossenem
Kühlsystem, bestehend aus dem Halter für das Operationsinstrument, das mit einem
Applikator mit porösem Wärmeaustauscher versehen ist, der aus Metallsieben oder
aus gesintertem Metall zusammenzesetzt ist, am besten aus Silber oder Kupfer, aus
dem Vorratsbehälter für flüssiges Gas im Handgriff und der Regeleinheit.
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In der Chirurgie von Neubildungserkrankungen hat sich die Anwendung
kryogener Operationssysteme verbreitet, die häufig als Kryokauter bezeichnet werden,
wobei zum Kühlen des an die Stelle, die operiert werden soll, zu¢eführten Instrumentes
entweder die Expansion komprimierter Gase, z.B. Kohlendioxyd CO2 oder Stickstoffoxyd
N20, oder eine interne Zirkulation verflüssigter Gase, meistens von Stickstoff verwendet
wird.
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Die Systeme mit Expansionskilhlune arbeiten in der Regel mit einem
Überdruck etwa 5 MPa, der auch im eigentlichen Operationsinstrument vorhanden sein
muß, was verhältnismäßig gefährlich ist. Systeme mit Kühlung durch eine Kryoflüssigkeit
werden in der Regel mit Selbstgefälle ausgeführt, wobei flüssiger Stickstoff aus
dem Vorratsbehälter des Kryokauters, wo er früher in einer geschätzten Menge zugeführt
wurde, über ein isoliertes Rohr in das Operationsinstrument fließt, welches es abkühlt
und in gasförmigem Zustand über ein anderes Rohr entweicht. Oder es werden Druckgeräte
verwendet, bei denen die Flüssiqkeit über ein isoliertes Rohr unter einem Druck
von etwa o,5 MPa von einem äußeren Vorratsbehälter dem Operationsinstrument zugefiihrt
wird, wo sie vergast und in Regel koaxial über ein System von Verbindungsrohren
zurück zum Vorratsbehälter geleitet wird, wo sie in die Atmosphäre entweicht.
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Systeme mit Selbstgefälle zeigen ernste Nachteile, wie z.B. ein sehr
langsames Durchkühlen und die Unmöglichkeit einer Regelung des Kühlbereiches durch
eine andere als die im voraus ab geschätzte Menge der Kühlflüssigkeit, die in den
Vorratsbehälter gefüllt ist. Eine weitere ßegrenzung ist die Notwendigkeit, eine
bestimmte Lage des Instrumentes beizubehalten, damit die kryogene Flüssigkeit aus
dem Vorratsbehälter nicht während der Operation herausfließen kann.
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Drucksysteme mit einem äußeren Vorratsbehälter der kryogenen Flüssigkeit
ermöglichen zwar ein Dosieren der Kühlwirkung und in manchen Fällen auch ein Regeln
der Temperatur, sie bringen jedoch die Gefahr eines großen
Überdruckes
von etwa o,5 MPa im dünnwandigen System des Operationsinstrumentes mit sich. Außerdem
dauert das Durchkühlen des langen Verbindungsrohres für den flüssigen Stickstoff
zu Beginn der Operation verhältnismässig lange und das Abkühlen des Gewebes geht
deshalb langsam vor sich, das Abkühlen des Operationsinstrumentes im Kontakt mit
dem Gewebe auf eine Temperatur von 1500 C dauert auch mehrere Minuten, was im Falle
von Operationen von Neubildungserkrankungen zu einer geringen Wirksamkeit, d.h.
einem Absterben nur eines geringen Teiles der Geschwulstzellen, führt, Diese Nachteile
werden durch die vorliegende Erfindung im wesentlichen behoben. Es ist die Aufgabe
der Erfindung, ein mit niedrigem Druck arbeitendes schnell abkühlbares Gerät zu
schaffen, das einfach und gefahrlos zu handhaben ist.
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Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß der an einem Ende mit einem
Applikator versehene Halter des Operationsinstrumentes, in dessen Hohlraum ein poröser
Wärmeaustauscher und elektrische Heizkörper vorgesehen sind, am anderen Ende mit
einem Heizkörper für das aus dem Applikator kommende Gas versehen ist. Er ist auswechselbar
mechanisch und elektrisch mit einem Handgriff verbunden, in dessen unterem Teil
sich der Vorratsbehälter für das flijssige Gas befindet, der mit einer Heizung mit
Schutzfühler und mit Spiegelstandmessern ausgestattet ist. Im Handgriff ist ein
Schalter für die Druckbeaufschlagung mit einem Druckanzeiger und ein elektromagnetisches
Regelventil vorgesehen, das gasdicht auf dem Austrittsstutzen des Halters aufsitzt
und durch einen Funktions umschalter gesteuert wird. Der Handgriff ist elektrisch
mit einer Anzeigeregeleinheit verbunden.
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Das Wesen der Erfindung ist nachstehend anhand eines in der Zeichnung
schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles einer kryochirurgischen Einrichtung
näher erläutert.
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Der Halter A des Operationsinstrumentes, das austauschbar ist, wird
durch den Applikator 1, der den porösen Wärmeaustauscher 2 mit den elektrischen
Heizelementen 3 und dem Thermometer 4 enthält, gebildet. Der Außendurchmesser des
Applikators 1 ist zweckmässigerweise ebenso groß wie der Außendurchmesser des Rohres,
das den Applikator 1 mit dem nicht wärme leitenden Vakuummantel 7 des Operationsinstrumentes
verbindet, er kann jedoch auch größer oder kleiner sein. An dem Applikator 1 kann
das nicht dargestellte tauschbare Operationsendstück befestigt werden. Die Eintrittseite
des porösen Wärmeaustauschers 2 ist an das Zufuhrrohr 5 für flüssien Stickstoff
lo angeschlossen, die Austrittseite an das Abführrohr 6, mit welchem der Stickstoff
abgeleitet wird, und durch welches die Zuleitungen zu den Heizelementen 3 und zum
Thermometer 4 führen. Der Vakuummantel 7 ist auf einen Druck niedriger als 10 2
Pa ausgepumpt. Das Zufuhrrohr 5 ist gebogen und führt durch die vertikale Abzweigung
8 des Vakuummantels 7 in den Vorratsbehälter 17 für den flüssigen Stickstoff lo,
der, wie noch näher beschrieben wird, im Handgriff B untergebracht ist. Im unteren,
in den Vorratsbehälter 17 eingreifenden Teil ist der Raum zwischen der Abzweigung
8 des Vakuummantels und dem Zufuhrrohr 5 mit einem Adsorbent 9, z.B. mit aktiver
Kohle gefüllt. Am unteren Ende der vertikalen Abzweigung 8 des Vakuummantels 7 ist
zerlegbar der Eintrittsstutzen 11 angeschlossen, der ein stufenweises Einstellen
der oberen Grenze der Kühlleistung ermöglicht, z,B. durch An-Sätze mit verschiedenen
lichten Weiten der Eintrittskapillare, was gegebenenfalls ein flüssigkeits- und
gasdichtes Verschließen des Zufuhrrohres 5 ermöglicht. Das Abfuhrrohr 6
ist
mit dem Vakuummantel 7 des austauschbaren Halters A des Operationsinstrumentes vakuumdicht
mittels des elastischen Elementes 12, z.B. mittels einer Membrane, verbunden. Mit
dem Vakuummantel 7 des austauschbaren Halters A des Operationsinstrumentes ist gasdicht
das Gehäuse 13 mit dem elektrischen Konnektor 14, dem elektrischen Heizkörper 16
und einem Austritt 15 verbunden.
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Der poröse Wärmeaustauscher 2 besteht z.B. aus einer Säule paralleler,
ebener, senkrecht zur Achse des Applikators orientierter Metallsiebe. Das gegenseitige
Verhältnis der Durchmesser der Sieb drähte zur Abmessung der Siebmaschen ist am
besten nahe eins. Er kann auch aus gesintertem Metall mit hoher Leitfähigkeit im
Bereich niedriger Temperaturen Wie Silber und Kupfer ausgeführt werden.
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Der Handgriff B enthält die Kammer 20, die über die Dichtung 19 an
den Vorratsbehälter 17 angeschlossen ist, in dessen Vakuummantel der Adsorbent 18
vorgesehen ist, der Druckanzeiger 21 mit dem Schalter 22 der Druckbeaufschlagung,
das Sicherheitsventil 23, die Feder 24, das elektromagnetische Regelventil 25, das
Gegenstück des elektrischen Konnektors 14 und der handbetätigte Funktionsumschalter
26 im Halter 27.
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Zum Handgriff B gehört ferner die elektrische Heizung mit dem Schutzfühler
29 und dem Widerstands-Spiegelstandsmesser 32 im Vorratsbehälter 17. (Spiegelstand
= Höhe des Flüssigkeitsspiegels) Der austauschbare Halter A des Operationsinstrumentes
ist für die Verbindung mit dem Handgriff B ausgeführt, auf welchen er aufgeschoben
wird, wobei die vertikale Abzweigung 8 des Vakuummantels 7 des Halters A in den
flüssigen Stickstoff lo getaucht wird. Mittels der Eintritts dichtung 30 wird der
Raum
oberhalb des Spiegels des flüssigen Stickstoffs lo im Vorratsbehälter
17 gasdicht geschlossen. Gleichzeitirr wird das Gehäuse 13 des austauschbaren Halters
A mittels des Austrittsansatzes 15 über die Austrittsdichtung 31 gasdicht an das
elektromagnetische Regelventil 25 an¢eschlossen. Außerdem werden beide Teile des
elektrischen Konnektors 14 ineinandergeschoben, wodurch der auswechselbare Halter
A des Operationsinstrumentes mit dem Handgriff B verbunden wird. Die Verbindung
mit dem elektrischen Anzeige- und Rezelelement C besorgt das Leitersystem 28.
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Das elektrische Anzeige- und Regelelement C ist mit dem Fühler 33
der Gewebetemperatur ausgerüstet.
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Der austauschbare Halter A des Operationsinstrumentes wird vom Handgriff
B abgenommen und kann durch Wärme sterilisiert werden. Kurz vor Beendigung der Sterilisation
wird durch eine öffnung in der Eintrittsdichtung 20 für die vertikale Abzweigung
8 der Vorratsbehälter 17 mit flüssigem Stickstoff lo gefüllt. Das Niveau des flüssigen
Stickstoffs lo zeigen die Widerstands-Spiegelstandsanzeiger 32 an. Der sterilisierte
Halter A des Operationsinstrumentes wird in den Handgriff B derart eingesetzt, daß
beide Teile des elektrischen Konnektors 14 verbunden werden und die Eintrittsdichtung
30 und die Austrittsdichtung 31 die vertikale Abzweigung 8 des Mantels 7 mit dem
Handgriff gasdicht schließen.
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Durch das Eintauchen der vertikalen Abzweigung 8 in den flüssigen
Stickstoff lo wird das Adsorbens 9 abgekühlt, wodurch das Vakuum im Mantel des Vorratsbehälters
17 verbessert wird und damit auch die Wärmeisolation des Zufuhr-und Abfuhrrohres
5,6. Durch selbsttätiges Verdampfen des
flüssigen Stickstoffs lo
aus dem Vorratsbehälter 17 erhöht sich im Raum oberhalb des Spiegels der Druck.
Das eingeschaltete Anzeige- und Regelelement C speist die elektrische Heizung 29
mit dem Schutzfühler, wodurch die Steigerung des Druckes beschleunigt wird. Durch
die Druckerhöhtung vergrößert sich die Länge des Druckanzeigers 21 bis zu derjenigen
Stellung, in der der Schalter 22 der Druckbeaufschlagung den Strom aus der Quelle
des Anzeige- und Rezelelementes C unterbricht. Sofern die Kühlung des Instrumentes
nicht in Betrieb gesetzt wird, steigt durch spontanes Verdampfen der Druck oberhalb
des Spiegels des flüssigen Stickstoffs weiter, jedoch nur bis auf einen Wert, auf
den das Sicherheitsventil 23 eingestellt ist. Beim Erreichen dieses Wertes öffnet
sich das Ventil und verhütet einen weiteren Druckanstieg.
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Für den Fall eines Versagens des Sicherheitsventils 23 ist die Sicherheitsverbindung
des Vorratsbehälters 17 vorgesehen, die durch die Feder 24 sichergesteltt wird,
die derart gewählt ist, daß das Dichthalten der Verbindung beim Überschrei ten eines
gewissen Druckes im Vorratsbehälter 17 gestört wird.
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Solange das elektromagnetische Regelventil 25 geschlossen ist, steigt
mit dem Gasdruck im Vorratsbehälter 17 auch der Gasdruck an der Austrittsseite und
der flüssige Stickstoff kann aus dem Vorratsbehälter 17 nicht verdrängt werden.
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Die weitere Absicherung gegen unerwünschten Überdruck besorgt dieses
elektromagnetische Regelventil 25, dessen Druckfeder so gewählt ist, daß es sich
selbsttätig bei einem um etwa 10 kPa grösserem Druck öffnet, als auf welchen das
früher erwähnte Sicherheitsventil 23 und die Feder 24 eingestellt sind.
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Vom Augenblick des Einschaltens des elektrischen Anzeige-und Regelelementes
C wird die Temperatur des Applikators 1 selbsttätig mittels des elektrischen Thermometers
4 und der Regelkreise auf die Temperatur des menschlichen Körpers von 370 C eingestellt,
und zwar mittels der elektrischen Heizelemente 3. Ferner wird der elektrische Heizkörper
16 auf einen Temneraturwert vorgewärmt, der mit einem wärmeabb#ngigen Widerstand
gemessen wird, der mit dem elektrischen Heizkörper 16 in Wärmekontakt steht, um
die Anfangstemperatur des Heizkörpers 16 noch vor Beginn des Durchströmens des kalten
Gases zu erhöhen. Der Wert dieser Temperatur wird nach dem Einschalten des elektromagnetischen
Reelventils 25 noch erhöht.
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Durch Betätigung des Funktionsschalters 26 im Halter 27 wird durch
die Spannung aus dem Anzeige- und Regelelement C das elektromarnetische Ventil 25
geöffnet, wodurch die Zirkulation des Kühlmediums geöffnet wird und gleichzeitig
0 wird die Referenzspannung, die einer Temperatur von 37 C entspricht, auf einen
Wert umaeschaltet, der der vorgewählten niedrigen Temperatur entspricht. Dadurch
wird gleichzeitig die Heizung im elektrischen Heizelement 3 bis zu der Zeit abgeschaltet,
zu der das elektrische Thermometer 4 oder der Temperaturfühler 33 das Erreichen
der vorgewählten Temperatur des Gewebes anzeigt, wobei die Werte der Grenztemperaturen
beider Anzeiger unterschiedlich sein können. Dies ist insbesondere für die Möglichkeit
einer Arbeit des Applikators 1 im Bereich der niedrigsten erreichbaren Temperaturen
bei gewährleisteter Sicherheit der Operation durch Kontrolle der Temperatur an der
Stelle des Gewebes vorteilhaft, wo eine gewisse Grenze des Unterkühlens überschritten
werden muß.
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Im Verlauf des Vorganges des Kühlens des Applikators 1 sichert der
Druckanzeiger 21 und der Schalter 22 der Druckbeaufschlagung weiter eine Zweipunktregelung
des Druckes oberhalb des Spiegels des flüssigen Stickstoffs lo mittels der elektrischen
Heizung 29 mit dem Schutzfühler, der ein eventuelles Erschöpfen des Vorrats des
flüssigen Stickstoffs lo anzeigt, so daß das Heizelement 29 nicht vernichtet werden
kann, selbst wenn die Bedienung die Anzeigen der Widerstands-Spiegelstandsanzeiger
32 übersieht. Außerdem wird bei der Situation, wenn das Kühlmittel bei geschlossenem
Funktionsumschalter 26 zirkuliert, der elektrische Heizkörper 16 des abgehenden
Stickstoffes auf einen höheren Wert der Arbeitstemperatur geregelt, als es dem Ruhezustand
entsprach, damit die erforderliche Erwärmung des austretenden Gases über Oo C sichergestellt
wird.
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Durch Schließen des elektromagnetischen Ventils 25 wird der augenblickliche
Beginn des Heizens des Applikators 1 durch die elektrischen Heizelemente 3 eingeleitet.
Nach dem Erreichen einer Temperatur von 370 C am Applikator 1 wird der Halter A
des Operationsinstrumentes vom Gewebe abgenommer oder herausgezogen und soweit noch
ein genügender Vorrat an flüssigem Stickstoff lo im Vorratsbehälter 17 vorhanden
ist, was die Spiegelstandsanzeiger 32 angeben, kann der Halter A des Instrumentes
herausgenommen und durch einen anderen Halter A des Operationsinstrumentes ersetzt
werden, das inzwischen. sterilisiert wurde.
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Die Form des Halters A des Operationsinstrumentes und des Handgriffes
B kann so geändert werden, daß die grundsätzliche Zugangsnchtung zum zu operierenden
Gewebe horizontal, senkrecht oder schräg ist.
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Ein Laboratoriumsmodell der Einrichtung gemäß der Erfindung wurde
in Eiweiß erprobt, das auf 370 C thermostatiert wurde und es wurde reproduzierbar
bestätigt, daß die Zeit des Durchkühlens des Applikators 1 ohne geformtes Ansatzendstück
auf eine Temperatur unter -190 C von der Anfangstemperatur von 370 C durch die Größe
des abnehmbaren EinFanqsansatzes 11 je nach Bedarf von lo Sekunden aufwärts unter
Anwendung des porösen Wärmeaustauschers 2 geändert werden kann. Falls auf die Stirnseite
des Applikators 1 das Endstück aufgeschraubt wird, verlängert sich die Abkühlzeit
um lo bis 20 Sekunden je nach der Wärmekapazität des tndstückes. Diese Ergebnisse
wurde#n bei einem Arbeitsüberdruck im Vorratsbehälter 17 im Bereich von lo bis 25
kPa erzielt. Die Geschwindigkeit des Anwachsens des Durchmessers des Eis gebildes
im Eiweiß betrug dabei 0,1 bis 0,3 mm in der Sekunde, Eine Nachprüfung, die an der
Leber eines lebenden Kaninchens erfolgte, hat gezeigt, daß auch in einem stark durchbluteten
Gewebe die Geschwindigkeit des Anwachsens des Durchmessers des Eisgebildes in der
Größenordnung von 0,1 mm in der Sekunde beibehalten bleibt.
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Der Vorzug der Einrichtung im Sinne der Erfindung liegt vor allem
in der Gefahrlosigkeit, denn sie arbeitet mit sehr geringem Überdruck von der Grössenordnung
von 10 kPa mit unabhängigen Sicherungsmitteln, der Arzt wird in seiner Bewiegung
nicht durch Verbindungsrohre oder -schläuche behindert und alle erforderlichen Parameter
kann er am Handgriff B und an der Anzeige- und Regeleinheit C einstellen.